(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-14
(45)【発行日】2023-11-22
(54)【発明の名称】電流検出器及びパワーモジュール
(51)【国際特許分類】
G01R 15/18 20060101AFI20231115BHJP
G01R 19/00 20060101ALI20231115BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20231115BHJP
H01L 25/18 20230101ALI20231115BHJP
【ＦＩ】
G01R15/18 A
G01R19/00 B
H01L25/04 C
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2019084827
(22)【出願日】2019-04-26
(65)【公開番号】P2020180895
(43)【公開日】2020-11-05
【審査請求日】2022-04-08
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000002037
【氏名又は名称】新電元工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002697
【氏名又は名称】めぶき弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】新井 大輔
(72)【発明者】
【氏名】指田 和之
(72)【発明者】
【氏名】岩尾 健一
(72)【発明者】
【氏名】吉田 賢一
(72)【発明者】
【氏名】池田 康亮
【審査官】島▲崎▼ 純一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１５２５２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１４５７４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２５８３８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０７００８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１２４０８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－３４３４０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０１７７６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１１６６７９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００８－０１０６４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公昭４６－２７２３４（ＪＰ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｒ １５／１８
Ｇ０１Ｒ １９／００
Ｈ０１Ｌ ２５／０７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
高抵抗基体と、前記高抵抗基体に形成され、前記高抵抗基体を貫通するように検出対象電流が流れる主電流導通部と、
前記高抵抗基体に形成され、前記主電流導通部と離間した位置で前記主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備え、
前記高抵抗基体と前記主電流導通部との間、及び、前記高抵抗基体と前記コイル部との間には酸化膜が形成されており、
前記高抵抗基体が半導体基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあり、
前記高抵抗基体がガラス基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０１９Ωｃｍの範囲内にあることを特徴とする電流検出器。
【請求項2】
前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の浮遊容量が０．１ｐＦ～２０ｐＦの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の電流検出器。
【請求項3】
前記高抵抗基体は、ＦＺ法又はＭＣＺ法で形成されたシリコン基体であり、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出器。
【請求項4】
前記高抵抗基体は、ＳｉＣ基体であり、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の電流検出器。
【請求項5】
前記コイルは、前記高抵抗基体の両面に形成された導体膜を、前記高抵抗基体の厚さ方向に形成されたビアを介して接続することによって形成されたロゴスキーコイルであることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の電流検出器。
【請求項6】
前記主電流導通部は、前記高抵抗基体の両面に形成された導体膜を、前記高抵抗基体の厚さ方向に形成されたビアを介して接続することによって形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の電流検出器。
【請求項7】
前記コイル部で囲まれている領域において、所定の断面で見たときに、前記主電流導通部と前記コイルとの間の間隔をＡとし、前記主電流導通部が形成されている領域の幅をＢとしたときに、Ｂ／８＜Ａ＜２Ｂの関係を満たすことを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の電流検出器。
【請求項8】
前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の外側に配置されていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の電流検出器。
【請求項9】
前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の内側に配置されていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の電流検出器。
【請求項10】
前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されていることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の電流検出器。
【請求項11】
前記主電流導通部が形成されている領域の面積は、平面的に見て前記コイル部で囲まれている領域の面積の４％～６５％の範囲内にあることを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の電流検出器。
【請求項12】
高抵抗基体と、前記高抵抗基体に形成され、前記高抵抗基体を貫通するように検出対象電流が流れる主電流導通部と、
前記高抵抗基体に形成され、前記主電流導通部と離間した位置で前記主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備え、
前記高抵抗基体が半導体基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあり、
前記高抵抗基体がガラス基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０１９Ωｃｍの範囲内にあり、
前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、
前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されており、
平面的に見て、前記戻し線が前記コイルで囲まれている領域の内側に配置されている部分における前記戻し線と前記コイルとの間の領域の面積は、平面的に見て、前記戻し線が前記コイルで囲まれている領域の外側に配置されている部分における前記戻し線と前記コイルとの間の領域の面積と等しいことを特徴とする電流検出器。
【請求項13】
請求項１～１２のいずれかの電流検出器を備えることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電流検出器及びパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、シャント抵抗を備える電流検出器を用いたパワーモジュールが知られている(従来のパワーモジュール７００。例えば、特許文献１参照。)。
従来のパワーモジュール７００は、図１３に示すように、基板５００上に配置されたスイッチング素子（パワートランジスタ）２００と、スイッチング素子２００と接続されている回路と接続されたワイヤ４１０と、電流検出器とを備える。従来のパワーモジュールにおいては、電流検出器として、シャント抵抗８５０を用いる。
従来のパワーモジュール７００は、図１３に示すように、基板５００上に配置されたスイッチング素子（パワートランジスタ）２００と、スイッチング素子２００と接続されている回路と接続されたワイヤ４１０と、電流検出器とを備える。従来のパワーモジュールにおいては、電流検出器として、シャント抵抗８５０を用いる。
【0003】
従来のパワーモジュール７００によれば、電流検出器として、シャント抵抗８５０を用いるため、電流検出器のサイズを小さくすることができ、電源装置（電力変換回路）の小型化の要請にかなうパワーモジュールとなる。
【0004】
しかしながら、従来のパワーモジュール７００において、シャント抵抗８５０は電力変換回路の主電流が流れる回路と直列に接続され、検出対象電流がシャント抵抗を流れるため、電力損失が発生する、という問題がある。
【0005】
そこで、従来、コイルを備える電流検出器が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【0006】
従来の電流検出器８００は、図１４に示すように、検出対象電流が流れる主電流導通路８２０と離間した位置で主電流導通路８２０を取り囲む位置に配置されたコイル８３０（いわゆるロゴスキーコイル）を有するコイル部を備える。
【0007】
このようなコイルを用いた電流検出器をパワーモジュールに適用することも知られている（従来の他のパワーモジュール９００。例えば、特許文献３参照。）。
【0008】
従来の他のパワーモジュール９００は、図１５に示すように、基板５００上に配置されたスイッチング素子（ＩＧＢＴ）２００と、スイッチング素子２００と接続されたクリップリード４００と、電流検出器８００とを備える。電流検出器８００においては、所定の位置でクリップリード４００の主電流導通路８２０を囲むようにコイル８３０が配置されている。
【0009】
従来の他のパワーモジュール９００によれば、所定の位置でクリップリード４００の主電流導通路８２０を囲むようにコイル８３０が配置されている電流検出器８００を用いるため、検出対象電流が抵抗を流れることに起因した電力損失が発生せず、シャント抵抗を用いた場合と比較して電力損失が少なくて済む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開平９－６５６６２号公報
【文献】特開２００６－１８９３１９号公報
【文献】特開２０００－１７１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ところで近年、電源装置（電力変換回路）やパワーモジュールの小型化の要請に伴い、パワーモジュール内に組み込まれる電流検出器のより一層の小型化が求められている。そこで、コイルを備える電流検出器をより一層小型化するために、シリコン基板等の基体に微細加工を施すＭＥＭＳ技術を適用して電流検出器を小型化することが考えられる。
【0012】
このような電流検出器としては、シリコン基体と、シリコン基体を貫通するように検出対象電流が流れる主電流導通部と、シリコン基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルとを備える電流検出器が考えられる（背景技術に係る電流検出器。構成は図３と同様の構成）。
【0013】
しかしながら、背景技術に係る電流検出器においては、シリコン基体の比抵抗が一般的に１００Ωｃｍ未満（例えば６０Ωｃｍ～７０Ωｃｍ程度）であるため、背景技術に係る電流検出器を電源装置（電力変換回路）に組み込んで使用した場合において接地線を介して主電流導通部にノイズ（コモンモードノイズ）が入り込んだときに、主電流導通部に入り込んだノイズがシリコン基板を通してコイル（及び積分器）に入り込んでしまい、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することが難しい、という問題がある。
【0014】
そこで、本発明は上記した問題を解決するためになされたものであり、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる電流検出器及びパワーモジュール及び電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
［１］本発明の電流検出器は、高抵抗基体と、前記高抵抗基体に形成され、前記高抵抗基体を貫通するように検出対象電流が流れる主電流導通部と、前記高抵抗基体に形成され、前記主電流導通部と離間した位置で前記主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備え、前記高抵抗基体が半導体基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあり、前記高抵抗基体がガラス基体である場合には、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０１９Ωｃｍの範囲内にあることを特徴とする。
【0016】
［２］本発明の電流検出器においては、前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の浮遊容量が０．１ｐＦ～２０ｐＦの範囲内にあることが好ましい。
【0017】
［３］本発明の電流検出器においては、前記高抵抗基体は、ＦＺ法又はＭＣＺ法で形成されたシリコン基体であり、記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍの範囲内にあることが好ましい。
【0018】
［４］本発明の電流検出器においては、前記高抵抗基体は、ＳｉＣ基体であり、前記高抵抗基体のうち少なくとも前記主電流導通部と前記コイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあることが好ましい。
【0019】
［５］本発明の電流検出器においては、前記コイルは、前記高抵抗基体の両面に形成された導体膜を、前記高抵抗基体の厚さ方向に形成されたビアを介して接続することによって形成されたロゴスキーコイルであることが好ましい。
【0020】
［６］本発明の電流検出器においては、前記主電流導通部は、前記高抵抗基体の両面に形成された導体膜を、前記高抵抗基体の厚さ方向に形成されたビアを介して接続することによって形成されていることが好ましい。
【0021】
［７］本発明の電流検出器においては、前記コイル部で囲まれている領域において、前記主電流導通部と前記コイル部との間の間隔をＡとし、前記主電流導通部が形成されている領域の幅をＢとしたときに、Ｂ／８＜Ａ＜２Ｂの関係を満たすことが好ましい。
【0022】
［８］本発明の電流検出器において、前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の外側に配置されていることが好ましい。
【0023】
［９］本発明の電流検出器において、前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の内側に配置されていることが好ましい。
【0024】
［１０］本発明の電流検出器において、前記コイル部は、前記コイルの一方の端部と接続され、前記主電流導通部を囲むように配置された戻し線をさらに有し、前記戻し線は、平面的に見て、前記コイルで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されていることが好ましい。
【0025】
［１１］本発明の電流検出器においては、平面的に見て、前記戻し線が前記コイルで囲まれている領域の内側に配置されている部分における前記戻し線と前記コイルとの間の領域の面積は、平面的に見て、前記戻し線が前記コイルで囲まれている領域の外側に配置されている部分における前記戻し線と前記コイルとの間の領域の面積と等しいことが好ましい。
【0026】
［１２］本発明の電流検出器においては、前記主電流導通部が形成されている領域の面積は、平面的に見て前記コイル部で囲まれている領域の面積の４％～６５％の範囲内にあることが好ましい。
【0027】
［１３］本発明のパワーモジュールは、上記［１］～［１２］のいずれかの電流検出器を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0028】
本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、高抵抗基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部を備えるため、従来の電流検出器８００及び従来の他のパワーモジュール９００の場合と同様に、検出対象電流が抵抗を流れることに起因した電力損失が発生せず、シャント抵抗を用いた場合と比較して電力損失が少なくて済む。
【0029】
また、本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、高抵抗基体と、高抵抗基体を貫通するように検出対象となる電流が流れる主電流導通部と、高抵抗基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備えるため、基体に微細加工を施すＭＥＭＳ技術を適用した加工が可能となる。このため、主電流導通部が形成される部分の高さ(厚み)とコイルが形成される部分の高さ（厚み）の差を小さくして薄型化することや接地面積を狭くすることができ、その結果、コイルを用いた電流検出器を小型化することができる。
【0030】
また、本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、高抵抗基体が半導体基体である場合には、高抵抗基体のうち少なくとも主電流導通部とコイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあり、高抵抗基体がガラス基体である場合には、高抵抗基体のうち少なくとも主電流導通部とコイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０１９Ωｃｍの範囲内にあるため、主電流導通路とコイル部との間のインピーダンスが高くなる。従って、接地線を介して主電流導通部にノイズ（コモンモードノイズ）が入り込んだ場合であっても、ノイズが高抵抗基体を通してコイル、ひいては積分器に入り込むことを防ぐことができる。その結果、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる。
【0031】
その結果、本発明の電流検出器及びパワーモジュールによれば、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図3】実施形態１に係る電流検出器１００を示す図である。図３（ａ）は電流検出器１００の平面図及び要部拡大図であり、図３（ｂ）は電流検出器１００の電流路（ただしコイル１３０を１本の線（曲線）で表現している。図１１及び図１２において同じ）をモデル化して示す図である。
【図5】コイル１３０の両端に流れる電流量を説明するために示す図である。図５（ａ）は、主電流導通部を流れる電流とコイルを流れる誘導電流の関係をイメージした図であり、図５（ｂ）は図４における領域Ｃを説明するために示す図である。図５（Ｂ）の上図は図４における領域Ｃの要部拡大断面図を示し、図５（ｂ）の下図は電流検出器１００（図４における領域Ｃ）のモデル化された等価回路図である。
【図6】実施形態１に係る電流検出器１００におけるコモンモードノイズを説明するために示す図である。図６の上図は図４における領域Ｃの要部拡大断面図を示し、図６の下図はコモンモードノイズが発生する回路をモデル化した等価回路である。
【図7】比較例に係る電流検出器においてコイル部１５０の端子間の電圧測定を行った試験結果を示すグラフである。図７において、実線は、比較例に係る電流検出器を用いて検出されたコイル部１５０の端子間の電圧の時間変化を示すグラフであり、破線は、基準例に係る電流検出器を用いて検出されたコイル部１５０の端子間の電圧の時間変化を示すグラフであり、一点鎖線はリセット回路の電圧の時間変化を示すグラフである。なお、図７には、図８との比較のために、実施例に係る電流検出器を用いてコイル部１５０の端子間の電圧の時間変化を二点鎖線で記載している。また、それぞれの波形の比較を容易にするために比較例に係る電流検出器の端子間の電圧以外の波形についてはコイル端電圧のスケールを変えて1枚のグラフ中に表示している。
【図8】実施例に係る電流検出器においてコイル部１５０の端子間の電圧測定を行った試験結果を示すグラフである。図８において、実線は、実施例に係る電流検出器を用いて検出されたコイル部１５０の端子間の電圧の時間変化を示すグラフであり、破線は、基準例に係る電流検出器を用いて検出されたコイル端の電圧の時間変化を示すグラフであり、一点鎖線はリセット回路の電圧の時間変化を示すグラフである。なお、図７及び図８において、基準例に係る電流検出器を用いた電圧のグラフとリセット回路の電圧のグラフは同じ波形をしている。
【図9】実施形態１に係る電流検出器１００を過電流保護回路を含む回路に適用した場合の回路図である。
【図10】実施形態１に係る電流検出器１００をＤＣ－ＤＣコンバータを含む回路に適用した場合の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、本発明の電流検出器及びパワーモジュールについて、図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、各図面は模式図であり、必ずしも実際の寸法を厳密に反映したものではない。以下に説明する各実施形態は、請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、各実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須であるとは限らない。各実施形態においては、基本的な構成、特徴、機能等が同じ構成、要素（形状等が完全に同一ではない構成要素を含む。）については、実施形態をまたいで同じ符号を使用するとともに再度の説明を省略することがある。
【0034】
［実施形態１］
１．実施形態１に係るパワーモジュール１の構成
実施形態１に係るパワーモジュール１は、図１に示すように、実施形態１に係る電流検出器１００、スイッチング素子２００、及び、制御部３００を備える。スイッチング素子２００は電力変換回路の一部を構成しており、スイッチング素子２００と直列に接続された配線(電流路Ｌ)に流れる電流を電流検出器１００を用いて検出する。
１．実施形態１に係るパワーモジュール１の構成
実施形態１に係るパワーモジュール１は、図１に示すように、実施形態１に係る電流検出器１００、スイッチング素子２００、及び、制御部３００を備える。スイッチング素子２００は電力変換回路の一部を構成しており、スイッチング素子２００と直列に接続された配線(電流路Ｌ)に流れる電流を電流検出器１００を用いて検出する。
【0035】
電流検出器１００は、コイル部１５０及び積分器１６０を有する。コイル部１５０においては、パワーモジュール１(電力変換回路)の回路中の電流路Ｌがコイル部１５０のコイル１３０の内側を貫通している。電流検出器１００においては、検出対象となる電流路Ｌを流れる電流（以下、検出対象電流ということもある）が変化すると、それに伴ってコイル部１５０のコイル１３０に誘導電流が流れ、当該誘導電流を積分器１６０で増幅して検出対象電流を検出する。電流検出結果は制御部３００に送られる。
【0036】
スイッチング素子２００は、適宜のスイッチング素子を用いることができ、実施形態１においては、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ―Ｏｘｉｄｅ―Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ―Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いる。スイッチング素子２００のゲート電極には制御部３００が接続されており、制御部３００からの信号によってスイッチング素子２００がオンオフされる。
【0037】
制御部３００は、電流検出器１００の検出結果に基づいてスイッチング素子２００のオンオフを制御する。
【0038】
実施形態１に係るパワーモジュール１は、図２に示すように、電流検出器１００、スイッチング素子２００、制御部３００が基板５００上に配置されており、スイッチング素子２００のソース電極Ｓと、電流検出器１００の主電流導通部１２０とがクリップリード４００（接続子）によって接続されている。実施形態１に係るパワーモジュール１においては、電流検出器１００、スイッチング素子２００、制御部３００及びクリップリード４００は、耐熱性・高絶縁性の樹脂やセラミックス等により形成された樹脂（図示せず。）で樹脂封止されている。なお、実施形態１に係るパワーモジュール１は、従来の他のパワーモジュール９００の場合のようにクリップリード４００の周りにコイルを巻くことはないため、従来の他のパワーモジュール９００の場合よりも高さが低くなっている。
【0039】
【0040】
高抵抗基体１１０は、半導体基体であり、具体的には、ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ）法で形成されたシリコン基体である。高抵抗基体１１０の比抵抗（主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の比抵抗を含む）は、１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある。実施形態１において、高抵抗基体１１０は、ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ）法で形成されたシリコン基体であるため、特に、１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍであることが好ましい。高抵抗基体１１０の比抵抗が、１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある理由は後述する。
【0041】
高抵抗基体１１０の中央部には、主電流導通部１２０が形成され、周辺部にはコイル部１５０が形成されている。高抵抗基体１１０において、高抵抗基体１１０と主電流導通部１２０との間、及び、高抵抗基体１１０とコイル１３０との間には酸化膜１１４ａ，１１４ｂが形成されており（図４参照。）、酸化膜１１４ａ，１１４ｂの厚さは、０．１μｍ～１０μｍの範囲内にある。また、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の浮遊容量が０．１ｐＦ～２０ｐＦの範囲内にある。
【0042】
主電流導通部１２０においては、高抵抗基体１１０を貫通するように検出対象電流が流れる。主電流導通部１２０は、図４に示すように、高抵抗基体１１０の両面に形成された導体膜１２１，１２２を、高抵抗基体１１０の厚さ方向に並列に複数形成されたビア１２３を介して接続することによって形成されたものである。主電流導通部１２０は、電力変換回路（例えば、後述する図９や図１０に示す回路）の配線の一部と接続されている。
【0043】
コイル部１５０は、コイル１３０と戻し線１４０とを有する。
【0044】
コイル１３０は、主電流導通部１２０と離間した位置で主電流導通部１２０を取り囲む位置に配置されている(図３参照。)。一方の端部が外部端子Ｔ１と接続されており、そこから、高抵抗基体１１０の外周部（主電流導通部１２０の周囲）に沿って、らせん状（進行方向に向かって時計回りに旋回するらせん状）に高抵抗基体１１０の厚さを径としたコイルが形成されている。そして、高抵抗基体１１０の外周部（主電流導通部１２０の周囲）に沿ってほぼ一周した位置で他方の端部が戻し線１４０と接続されている。
【0045】
コイル１３０は、高抵抗基体１１０の両面に形成された導体膜１３１，１３２を、高抵抗基体１１０の厚さ方向に並列に複数形成されたビア１３３，１３４を介して接続することによって形成されたものである。図３(ａ)に示すように導体膜１３１は直線状の形状をしているのに対して、導体膜１３２が段差状に折れ曲がった形状をしている。
【0046】
コイル１３０は、空芯コイルであるロゴスキーコイルである。このため、インピーダンスが小さく、電流測定による電力損失が小さくなる。また、磁束が飽和せず大電流の測定に対応することができる。
【0047】
戻し線１４０は、一方の端部がコイル１３０と接続され、主電流導通部１２０及びコイル１３０を囲むように、平面的に見て、コイル１３０で囲まれている領域の外側に配置され、他方の端部が外部端子Ｔ２と接続されている(図３(ａ)及び図３（ｂ）参照。)。従って、コイル部１５０においては、外部端子Ｔ１から高抵抗基体１１０（主電流導通部１２０）を囲むようにコイル１３０がほぼ一周し、そこから、折り返してコイル１３０の外側をほぼ一周して外部端子Ｔ２と接続されている(図３(ｂ)参照。)。
【0048】
なお、ロゴスキーコイルの特性上、コイルで囲まれた面積を貫く磁束に対応した誘導電流が生じるが、戻し線１４０によって、戻し線で囲まれた面積を貫く逆向きの磁束に対応した逆方向成分の誘導電流が生じて打ち消しあうため、主電流導通部１２０に導通する電流を正確に検出することができる。
【0049】
コイル部１５０で囲まれている領域において、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の間隔をＡとし、主電流導通部１２０が形成されている領域の幅をＢとしたときに、Ｂ／８＜Ａ＜２Ｂの関係を満たす（図４参照。）。また、主電流導通部１２０が形成されている領域の面積は、平面的に見てコイル部１５０で囲まれている領域の面積の４％～６５％の範囲内にある。
【0050】
積分器１６０は、後述する図５（ｂ）の下図に示すように、オペアンプＩＣ１と、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と、コンデンサＣ２と、スイッチＲｅｓｅｔを有し、コイル１３０を流れる電流に基づいて主電流導通部１２０に流れる電流を検出する。このような構成とすることにより、比較的微弱な磁束変化による電流を増幅した状態で検出できることから、主電流導通部１２０を流れる電流を検出し易くなる。
【0051】
３．高抵抗基体１１０の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある理由
次に、高抵抗基体１１０の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある理由（特に高抵抗基体１１０の比抵抗が１００Ωｃｍ以上である理由）について説明する。
次に、高抵抗基体１１０の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある理由（特に高抵抗基体１１０の比抵抗が１００Ωｃｍ以上である理由）について説明する。
【0052】
（１）コイルの端子間を流れる電流Ｉｃ
まず、主電流導通部１２０を検出対象電流Ｉｌが流れたとき（電流変化が起こったとき）にコイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）に流れる電流Ｉｃを見積る(図５(ａ)参照。)。
一般に、電力変換回路（電源装置）にロゴスキーコイルを用いた電流検出器を用いる場合において、主電流導通部１２０に検出対象電流Ｉｌが流れたとき（電流変化が起こったとき）にコイル部１５０のコイル１３０に生じる誘導起電力は１ｍＶ～１００ｍＶ程度であり、積分器１６０の入力インピーダンス（Ｒ１＋Ｒ２）はおよそ１ｋΩである。このことから、オームの法則により、主電流導通部１２０を検出対象電流Ｉｌが流れたときにコイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）に流れる電流Ｉｃは、およそ１μＡ～１００μＡ程度となる。
従って、積分器１６０の端子間に流れるノイズ電流Ｉｎｃは、コイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）に流れる電流Ｉｃの１０％以下である０．１μＡであることが望ましい。
まず、主電流導通部１２０を検出対象電流Ｉｌが流れたとき（電流変化が起こったとき）にコイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）に流れる電流Ｉｃを見積る(図５(ａ)参照。)。
一般に、電力変換回路（電源装置）にロゴスキーコイルを用いた電流検出器を用いる場合において、主電流導通部１２０に検出対象電流Ｉｌが流れたとき（電流変化が起こったとき）にコイル部１５０のコイル１３０に生じる誘導起電力は１ｍＶ～１００ｍＶ程度であり、積分器１６０の入力インピーダンス（Ｒ１＋Ｒ２）はおよそ１ｋΩである。このことから、オームの法則により、主電流導通部１２０を検出対象電流Ｉｌが流れたときにコイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）に流れる電流Ｉｃは、およそ１μＡ～１００μＡ程度となる。
従って、積分器１６０の端子間に流れるノイズ電流Ｉｎｃは、コイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）に流れる電流Ｉｃの１０％以下である０．１μＡであることが望ましい。
【0053】
（２）コモンモードノイズのノイズ電流Ｉｎｌ及びノイズ電圧Ｖｎｌ
次に、実施形態１に係るパワーモジュール（及び背景技術に係る電流検出器）を用いて、コイル部１５０に生じるコモンモードノイズのノイズ電流及びノイズ電圧を算出する。
次に、実施形態１に係るパワーモジュール（及び背景技術に係る電流検出器）を用いて、コイル部１５０に生じるコモンモードノイズのノイズ電流及びノイズ電圧を算出する。
【0054】
まず、電力変換回路に実施形態１に係る電流検出器（背景技術に係る電流検出器）を配置した場合のパワーモジュールの等価回路をモデル化する。
【0055】
主電流導通部１２０及びコイル部１５０は、それぞれ接地された導体とみなすことができる。また、高抵抗基体１１０と主電流導通部１２０との間の酸化膜１１４ａは、高抵抗基体の本体部１１２と主電流導通部１２０との間のコンデンサとみなすことができ、高抵抗基体１１０とコイル部１５０（コイル１３０）との間の酸化膜１１４ｂは、高抵抗基体１１０とコイル１３０との間のコンデンサとみなすことができる。従って、高抵抗基体１１０の本体部１１２の内部抵抗をＲとして考えると、図５（ｂ）の下図のような等価回路でモデル化して表すことができる。
なお、コイル部１５０は積分器１６０と接続されている。
なお、コイル部１５０は積分器１６０と接続されている。
【0056】
ここで、主電流導通部１２０（主電流導通部１２０が接続されている電力変換回路）は接地されており、一方で、コイル部１５０及び積分器１６０も接地されていることから、コモンモードノイズが発生するおそれがある。
【0057】
すなわち、図６に示すように、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール（電力変換回路）は、外部のノイズ源Ｎから、電力変換回路の接地線Ｅ１、主電流導通部１２０、酸化膜１１４ａ、高抵抗基体１１０の本体部１１２、酸化膜１１４ｂ、コイル部１５０、コイル部１５０の接地線Ｅ２を経由してノイズ源Ｎに戻ってくる回路を構成する（言い換えると、浮遊静電容量を介して漏れた電流がノイズ源に戻っていく回路を構成する）。このため、外部のノイズ源Ｎから主電流導通部１２０にノイズ（コモンモードノイズ）が混入するおそれがある。
【0058】
ここで、電流検出器として、低抵抗シリコン基板（比抵抗ρ＝１ｍΩｃｍ）を用いた背景技術に係る電流検出器を用いて測定系を実際に構成し、積分器１６０に現れた電圧をモニターした。すると、ノイズ周波数ｆ＝１ＭＨｚ程度、ノイズ電圧Ｖｎｃ＝１Ｖ程度のノイズが確認された。積分器１６０の入力インピーダンス（Ｒ１＋Ｒ２）は、一般的な入力インピーダンスである１ｋΩ程度であるため、オームの法則から、主電流導通部１２０に混入するノイズ電流Ｉｎｌを算出すると、ノイズ電流Ｉｎｌ＝１ｍＡとなる。
【0059】
次に、モデル化された等価回路を用いて、主電流導通部１２０に混入するノイズのノイズ電圧Ｖｎｌを算出する。
図６の下図のモデル化された等価回路から、主電流導通部１２０とコイル１３０との間の複素インピーダンスＺを表すと、以下の式（１）のように表すことができる。
（式（１）中、Ｃａは、酸化膜１１４ａの静電容量を示し、Ｃｂは、酸化膜１１４ｂの静電容量を示し、Ｒは高抵抗基体１１０における主電流導通部１２０とコイル１３０との間の内部抵抗を示す。）
図６の下図のモデル化された等価回路から、主電流導通部１２０とコイル１３０との間の複素インピーダンスＺを表すと、以下の式（１）のように表すことができる。
【数1】
【0060】
ここで、上記したように測定されたノイズ周波数ｆが１ＭＨｚ程度であるから、ω＝２πｆ≒６．２８×１０６（ｒａｄ／ｓｅｃ）程度となる。また、測定系の酸化膜１１４及び１１６のコンデンサの静電容量は、２０００ｐＦであり、抵抗Ｒは、以下の式から１０ｍΩである。
【数2】
【0061】
これらの値を式（１）に代入すると、複素インピーダンスＺ＝－１００ｊ（Ω）となる。従って、複素インピーダンスの大きさ｜Ｚ｜＝１００Ωとなる。
【0062】
従って、接地線Ｅ２から主電流導通部１２０に回り込んだノイズ電圧Ｖｎｌは、Ｖｎｌ＝Ｉｎｌ×Ｚ≒０．１Ｖ程度である。
【0063】
なお、ノイズ周波数ｆが１ＭＨｚ程度であったのは、以下の理由によると考えられる。すなわち、インバータやコンバータが動作している場合、その周辺でも他のインバータやコンバータ等の装置が動作している場合が多く、これらの装置から発生したノイズが接地線Ｅ１を介して主電流導通部１２０に回り込むことが多い。そして、このような主電流導通部１２０に回り込むノイズは、多くの場合、他のインバータやコンバータ等の装置の動作周波数及びその高周波成分が原因になっているため、ノイズ周波数はおよそ、ｋＨｚ～ＭＨｚのオーダーになると考えられる。
【0064】
（３）電流検出が可能となるのに必要な高抵抗基体の比抵抗の算出
上記（１）で記載したように、検出電流は、１μＡ～１００μＡであるため、適切な電流検出のためには、積分器１６０に突入する電流を最低値１μＡの１０％以下である０．１μＡ以下とすることが望ましい。
上記（１）で記載したように、検出電流は、１μＡ～１００μＡであるため、適切な電流検出のためには、積分器１６０に突入する電流を最低値１μＡの１０％以下である０．１μＡ以下とすることが望ましい。
【0065】
ここで、積分器１６０に突入する入力端子は２端子あり、積分器１６０のオペアンプは差動積分器であることから、２端子に極端に電流成分が分かれることは考えにくく、ある程度電流成分が打ち消しあう(同相の場合にはほとんど打ち消しあう)と考えられる。これらの不均衡は通常１０%を超えることはないため、主電流導通部１２０に突入するノイズ電流Ｉｎｌが、１μＡ程度であっても積分器１６０の２端子に生じるノイズ電流Ｉｎｃは大きくても０．１μＡ程度となる。
【0066】
上記（２）で記載したようにノイズ電圧Ｖｎｌは０．１Ｖである。これを用いて、主電流導通部１２０に突入するノイズ電流Ｉｎｌが１μＡとなるときのインピーダンスを算出する。
【0067】
複素インピーダンスＺは以下の式（１）で表される。
ここで、測定対象となる電流やノイズは高周波の交流成分であることから、式（１）のコンデンサに関する第１項及び第３項はほとんど０になる。このため、複素インピーダンスＺ≒Ｒが成り立つ。
したがって、オームの法則に、ノイズ電圧Ｖｎｌを０．１Ｖ、ノイズ電流Ｉｎｌを１μＡと代入して抵抗Ｒを算出すると、高抵抗基体１１０の抵抗Ｒは１０００００Ωとなる。
【数1】
したがって、オームの法則に、ノイズ電圧Ｖｎｌを０．１Ｖ、ノイズ電流Ｉｎｌを１μＡと代入して抵抗Ｒを算出すると、高抵抗基体１１０の抵抗Ｒは１０００００Ωとなる。
【0068】
高抵抗基体の比抵抗をρ（Ωｃｍ）とし、コイルの形状等の幾何学的形状を考慮すると以下の式（３）が成り立つ。
式（３）から高抵抗基体１１０の比抵抗ρを算出すると、ρ＝１００００Ωｃｍとなる。
【数3】
【0069】
従って、コモンモードノイズを主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の高抵抗基体１１０によってのみフィルタリングするとすれば、高抵抗基体１１０の比抵抗ρはρ＝１００００Ωｃｍ以上とする必要がある。
【0070】
上記の内容は一般的な使用状況で電力変換回路を用いた場合に基づいたものであり、想定しているノイズ源Ｎからのコモンモードノイズには、例えば接地位置から積分器１６０までの間の電流導通路において、別の電気機器からのノイズが混入したり、さらにまた別の電気機器から発する電磁波に起因した電磁波ノイズ等に起因したコモンモードノイズも含まれている。
従って、接地抵抗の引き下げや積分器１６０から接地位置までの距離を短くする等の手段によりコモンモードノイズを低減する状況下で本発明の電流検出器及びパワーモジュールを用いる場合には、高抵抗基体の比抵抗をより低くすることができる。しかし、そのようなコモンモードノイズを低減する手段を用いた場合であってもノイズを多く見積もって２桁オーダーで低減するのが限度であるため、このような場合であっても高抵抗基体の比抵抗ρは１００Ωｃｍ以上とする必要がある。
なお、上限が１×１０７Ωｃｍであるのは、これ以上高抵抗の高抵抗基体を製造するのは実際上困難であるからである。
従って、接地抵抗の引き下げや積分器１６０から接地位置までの距離を短くする等の手段によりコモンモードノイズを低減する状況下で本発明の電流検出器及びパワーモジュールを用いる場合には、高抵抗基体の比抵抗をより低くすることができる。しかし、そのようなコモンモードノイズを低減する手段を用いた場合であってもノイズを多く見積もって２桁オーダーで低減するのが限度であるため、このような場合であっても高抵抗基体の比抵抗ρは１００Ωｃｍ以上とする必要がある。
なお、上限が１×１０７Ωｃｍであるのは、これ以上高抵抗の高抵抗基体を製造するのは実際上困難であるからである。
【0071】
なお、積分器１６０のオペアンプＩＣ１差動増幅器であるため、積分器１６０に接続されている両端子にコモンモードノイズが入った場合、差動によってノイズが完全に打ち消しあう可能性もあるが、現実には、両端子に均等にノイズが入ることは極めて稀であり、測定対象となる電流を大きく超えたノイズが混入し、測定対象となる電流を測定することが難しい。従って、主電流導通部１２０から混入したノイズをコイル１３０に影響させないことが必要になる。
また、仮に両端子に同相のコモンモードノイズが入ったとしても、オペアンプＩＣ１の出力電圧が電源電圧付近まで上昇してしまい、同相入力範囲を超える場合には非線形になってしまい、この場合でも測定対象となる電流を測定することが難しい。
従って、いずれにしても主電流導通部１２０から混入したノイズをコイル１３０に影響させないことが必要になる。よって、高抵抗基体の比抵抗ρは１００Ωｃｍ以上とする必要がある。
また、仮に両端子に同相のコモンモードノイズが入ったとしても、オペアンプＩＣ１の出力電圧が電源電圧付近まで上昇してしまい、同相入力範囲を超える場合には非線形になってしまい、この場合でも測定対象となる電流を測定することが難しい。
従って、いずれにしても主電流導通部１２０から混入したノイズをコイル１３０に影響させないことが必要になる。よって、高抵抗基体の比抵抗ρは１００Ωｃｍ以上とする必要がある。
【0072】
４．試験例
試験例は、「実施形態１に係る電流検出器１００は、ノイズがコイル部１５０に入り込むことを防ぐことができ、主電流導通部１２０に流れる電流を高い精度で測定することができる」ことを確かめるための試験例である。
試験例は、「実施形態１に係る電流検出器１００は、ノイズがコイル部１５０に入り込むことを防ぐことができ、主電流導通部１２０に流れる電流を高い精度で測定することができる」ことを確かめるための試験例である。
【0073】
（１）電流検出器について
実施例に係る電流検出器は、実施形態１に係る電流検出器と同様の構成の電流検出器である。但し、実施例に係る電流検出器において、高抵抗基体の比抵抗は１００００Ωｃｍであり、コイル部１５０はリセット回路付きの積分器と接続されている。
比較例に係る電流検出器は、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００と同様の構成を有するが、高抵抗基体に代わりに比抵抗が１ｍΩｃｍであるシリコン基板を用いる点で実施形態１に係る電流検出器１００と異なる電流検出器（すなわち、背景技術に係る電流検出器と同じ構成）である。
基準例に係る電流検出器は、一般的なロゴスキーコイルを用いた電流検出器（岩通製のロゴスキーコイル電流プローブＳＳ２８２）である。基準例に係る電流検出器は、接地して使用しないため、コモンモードノイズの影響を受けることなく検出対象の電流を検出することができるため、本試験例の基準例とする。
実施例に係る電流検出器は、実施形態１に係る電流検出器と同様の構成の電流検出器である。但し、実施例に係る電流検出器において、高抵抗基体の比抵抗は１００００Ωｃｍであり、コイル部１５０はリセット回路付きの積分器と接続されている。
比較例に係る電流検出器は、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００と同様の構成を有するが、高抵抗基体に代わりに比抵抗が１ｍΩｃｍであるシリコン基板を用いる点で実施形態１に係る電流検出器１００と異なる電流検出器（すなわち、背景技術に係る電流検出器と同じ構成）である。
基準例に係る電流検出器は、一般的なロゴスキーコイルを用いた電流検出器（岩通製のロゴスキーコイル電流プローブＳＳ２８２）である。基準例に係る電流検出器は、接地して使用しないため、コモンモードノイズの影響を受けることなく検出対象の電流を検出することができるため、本試験例の基準例とする。
【0074】
（２）試験方法
比較例に係る電流検出器又は実施例に係る電流検出器の主電流導通部１２０に、時刻ｔ０からｔ１までの所定期間、交流電圧（５Ｖ，５Ｈｚ／３μｓ）を印加して主電流導通部１２０に電流を流す。このとき、コイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）の電圧を検出し、プロットして、基準と比較する。
なお、本試験例においては、時刻ｔ１において主電流導通部１２０に流れる電流をオフにするとともにリセット回路からの信号で積分器に印加する電圧をオフにしている。
比較例に係る電流検出器又は実施例に係る電流検出器の主電流導通部１２０に、時刻ｔ０からｔ１までの所定期間、交流電圧（５Ｖ，５Ｈｚ／３μｓ）を印加して主電流導通部１２０に電流を流す。このとき、コイル部１５０の端子間（積分器１６０の端子間）の電圧を検出し、プロットして、基準と比較する。
なお、本試験例においては、時刻ｔ１において主電流導通部１２０に流れる電流をオフにするとともにリセット回路からの信号で積分器に印加する電圧をオフにしている。
【0075】
（３）試験結果
基準例に係る電流検出器においては、図７及び図８に示すように、時刻ｔ０において、コイル部１５０の端子間の電圧が大きく立ち上がり、時刻ｔ１まで一定のレベルを維持している。なお、基準例に係る電流検出器においては、リセット回路からのオフ信号に影響されないため、時刻ｔ１以降は徐々に減衰している。
基準例に係る電流検出器においては、図７及び図８に示すように、時刻ｔ０において、コイル部１５０の端子間の電圧が大きく立ち上がり、時刻ｔ１まで一定のレベルを維持している。なお、基準例に係る電流検出器においては、リセット回路からのオフ信号に影響されないため、時刻ｔ１以降は徐々に減衰している。
【0076】
比較例に係る電流検出器においては、図７に示すように、時刻ｔ０直後に２．７Ｖ程度まで大きく立ち上がった後、１．５Ｖ程度に急激に減衰し、その後、徐々に低下しており、基準例とは大きく異なる波形となった。また、実施例に係る電流検出器のコイル部１５０の端子間の電圧（図７の２点鎖線参照。）よりも１００倍程度高い電圧を検出している。
【0077】
このことから、比較例に係る電流検出器においては、主電流導通部に入り込んだノイズを検出していると考えられ、検出対象電流は当該ノイズに埋もれてしまい、正確に検出することが困難であることが分かった。
【0078】
実施例に係る電流検出器においては、図８に示すように、時刻ｔ０で２０ｍＶ程度まで立ち上がった後、約２０ｍＶ～２２ｍＶの範囲内を維持し、時刻ｔ１におけるリセット回路のオフ信号によって、大きく減衰し、０になっている。波形は、検出対象となる時間ｔ０から時刻ｔ１においては、基準例に係る電流検出器とほぼ同様の波形となった。また、比較例に係る電流検出器のコイル端電圧よりもかなり低い電圧となっている。
【0079】
このことから、実施例に係る電流検出器においては、主電流導通部にノイズが入り込んだとしても、高抵抗基体１１０でフィルタリングされ、コイル（及び積分器）に入り込んでしまうことを防ぐことができたことがわかった。
【0080】
この結果、実施形態１に係る電流検出器は、ノイズがコイル部１５０に入り込むことを防ぐことができ、主電流導通部１２０に流れる電流を高い精度で測定することができることがわかった。
【0081】
５．実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の効果
実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、高抵抗基体１１０に形成され、主電流導通部１２０と離間した位置で主電流導通部１２０を取り囲む位置に配置されたコイル１３０を有するコイル部１５０を備えるため、従来の電流検出器８００及び従来の他のパワーモジュール９００の場合と同様に検出対象電流が抵抗を流れることに起因した電力損失が発生せず、シャント抵抗と比較して電力損失が少なくて済む。
実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、高抵抗基体１１０に形成され、主電流導通部１２０と離間した位置で主電流導通部１２０を取り囲む位置に配置されたコイル１３０を有するコイル部１５０を備えるため、従来の電流検出器８００及び従来の他のパワーモジュール９００の場合と同様に検出対象電流が抵抗を流れることに起因した電力損失が発生せず、シャント抵抗と比較して電力損失が少なくて済む。
【0082】
また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、高抵抗基体１１０と、高抵抗基体１１０を貫通するように検出対象となる電流が流れる主電流導通部１２０と、高抵抗基体１１０に形成され、主電流導通部１２０と離間した位置で主電流導通部１２０を取り囲む位置に配置されたコイル１３０を有するコイル部１５０とを備えるため、基体に微細加工を施すＭＥＭＳ技術を適用した加工が可能となる。このため、主電流導通部１２０が形成される部分の高さ(厚み)とコイル１３０が形成される部分の高さ（厚み）の差を小さくして薄型化することや接地面積を狭くすることができる。その結果、コイルを用いた電流検出器を小型化することができる。
【0083】
また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、高抵抗基体１１０が半導体基体である場合には、高抵抗基体１１０のうち少なくとも主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にあるため、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間のインピーダンスが高くなる。従って、接地線を介して主電流導通部１２０にノイズ（コモンモードノイズ）が入り込んだ場合であっても、ノイズが高抵抗基体１１０を通してコイル、ひいては積分器に入り込むことを防ぐことができる。その結果、主電流導通部１２０に流れる電流を高い精度で測定することができる。
【0084】
よって、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる。
【0085】
また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、上記した構成を有するため、高抵抗基体１１０そのものがノイズフィルタとしての役割をすることになり、一般的にノイズ対策として必要なＹコンデンサやコモンモードチョーク等を用いなくても電流検出におけるノイズの影響を低減することができる。
【0086】
ところで、従来のパワーモジュール９００においては、所定の位置でコイル８３０をクリップリード４００に巻き付ける必要があるため、図１５に示すように、クリップリード４００の高さを低くすることが難しく、パワーモジュールを小型化・薄型化することが困難である。
これに対して、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、同一の高抵抗基体１１０に形成された、主電流導通部１２０とコイル１３０を有するコイル部１５０とを備えるため、コイル１３０をクリップリード４００に巻きつける必要がなく、パワーモジュールをより一層小型化・薄型化することができる。
これに対して、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、同一の高抵抗基体１１０に形成された、主電流導通部１２０とコイル１３０を有するコイル部１５０とを備えるため、コイル１３０をクリップリード４００に巻きつける必要がなく、パワーモジュールをより一層小型化・薄型化することができる。
【0087】
また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の浮遊容量が０．１ｐＦ～２０ｐＦの範囲内にあるため、高抵抗基体１１０をノイズが通過し難くすることができる。
【0088】
なお、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の浮遊容量を０．１ｐＦ以上としたのは、当該浮遊容量が０．１ｐＦ未満の電流検出器を作成するのが実際上困難であるからであり、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の浮遊容量を２０ｐＦ以上としたのは、当該浮遊容量が２０ｐＦを超えた場合には、高抵抗基体１１０をノイズが通過しやすくなってしまうからである。
【0089】
実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、高抵抗基体１１０は、ＦＺ法で形成されたシリコン基体であるため、従来一般的に用いられてきたシリコン基板に用いるＭＥＭＳ技術を十分に活用することができる。また、高抵抗基体１１０のうち少なくとも主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍの範囲内にあるため、接地線を介して主電流導通部１２０にノイズ（コモンモードノイズ）が入り込んだ場合であっても、ノイズが高抵抗基体１１０を通してコイル部１５０、ひいては積分器１６０に入り込むことを確実に防ぐことができる。その結果、主電流導通部に流れる電流をより高い精度で測定することができる。
【0090】
実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、コイル１３０は、高抵抗基体１１０の両面に形成された導体膜１３１，１３２を、高抵抗基体１１０の厚さ方向に形成されたビア１３３，１３４を介して接続することによって形成されたロゴスキーコイルであり、高抵抗基体１１０の厚みを利用してコイルを形成することとなるため、基体上にコイルを配置した電流検出器の場合と比較して、電流検出器(コイル)の厚みを薄くする（高抵抗基体とほぼ同じ厚さ）ことができる。また、平板の厚みが比較的一定であることからコイル１３０の径を均一に形成し易くなる。
【0091】
また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、主電流導通部１２０は、高抵抗基体１１０の両面に形成された導体膜１２１，１２２を、高抵抗基体１１０の厚さ方向に形成されたビア１２３を介して接続することによって形成されているため、主電流導通部１２０が高抵抗基体１１０の所定の位置（中央）に安定して配置されることとなる。また、コイルと主電流導通部との位置関係にずれが生じにくいため、安定して電流検出を行うことができる。さらに、ビアの本数を増やすことで大電流を検出することもできる。
【0092】
また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、コイル部１５０で囲まれている領域において、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間の間隔をＡとし、主電流導通部１２０が形成されている領域の幅をＢとしたときに、Ｂ／８＜Ａ＜２Ｂの関係を満たすため、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間を十分に離間することができ、主電流導通部１２０にノイズが入り込んだ場合でも、高抵抗基体１１０をノイズフィルタとして活用できる。従って、高抵抗基体１１０を通してコイル部１５０、ひいては積分器１６０にノイズが入り込むことを防ぐことができる。
【0093】
なお、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１において、Ｂ／８≦Ａとしたのは、Ｂ／８＞Ａとした場合には、主電流導通部１２０とコイル部１５０とが近くなりすぎて、高抵抗基体１１０をノイズフィルタとして活用することが難しいからであり、Ａ≦２Ｂとしたのは、Ａ＞２Ｂとした場合には、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間隔が広すぎて主電流導通部１２０を流れる電流をコイル部１５０で精度よく検出することが難しいからである。
【0094】
また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、コイル部１５０は、コイル１３０の一方の端部と接続され、主電流導通部１２０を囲むように配置された戻し線１４０を有し、戻し線１４０は、平面的に見て、コイル１３０で囲まれている領域の外側に配置されているため、戻し線１４０がコイル１３０による電流検出の邪魔にならず、設計が容易になる。また、戻し線１４０をコイル１３０の近くにすることで、主電流導通部１２０に流れる電流を検出する際の検出誤差を小さくすることができる。
【0095】
また、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１によれば、主電流導通部１２０が形成されている領域の面積は、平面的に見てコイル部１５０で囲まれている領域の面積の４％～６５％の範囲内にあるため、主電流導通部１２０とコイル部１５０との間を十分に離間することができ、主電流導通部１２０にノイズが入り込んだ場合でも高抵抗基体１１０をノイズフィルタとして活用できる。従って、ノイズがシリコン基板を通してコイル部１５０、ひいては積分器１６０に入り込むことを防ぐことができる。
【0096】
なお、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１において、主電流導通部１２０が形成されている領域の面積を、平面的に見てコイル部１５０で囲まれている領域の面積の４％以上としたのは、平面的に見てコイル１３０で囲まれている領域の面積の４％未満とした場合には、主電流導通部１２０に導通可能な電流が小さく、コイル部１５０で正確に電流を検出することが難しいからであり、主電流導通部１２０が形成されている領域の面積を、平面的に見てコイル部１５０で囲まれている領域の面積の６５％以下としたのは、平面的に見てコイル部１５０で囲まれている領域の面積の６５％を超える場合には、主電流導通部１２０とコイル１３０とが近くなりすぎて、高抵抗基体１１０をノイズフィルタとして活用することが難しいからである。
【0097】
［適用例］
実施形態１に係る電流検出器１００を適用するパワーモジュール１の回路としては、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ及びＰＦＣ回路を含む回路において、スイッチング素子２００に過電流が流れないように監視するのに用いることができる（図９参照。）。また、同期整流回路において、電流検出器の検出結果に基づいてスイッチング素子２００ａとダイオードＤ１のどちらかに流す電流を切り替えることで（スイッチング素子２００ｂとダイオードＤ２についても同様）、同期整流を実現するのに用いることができる（図１０参照。）。その他、適宜の回路において電流検出器を用いることができる。
実施形態１に係る電流検出器１００を適用するパワーモジュール１の回路としては、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ及びＰＦＣ回路を含む回路において、スイッチング素子２００に過電流が流れないように監視するのに用いることができる（図９参照。）。また、同期整流回路において、電流検出器の検出結果に基づいてスイッチング素子２００ａとダイオードＤ１のどちらかに流す電流を切り替えることで（スイッチング素子２００ｂとダイオードＤ２についても同様）、同期整流を実現するのに用いることができる（図１０参照。）。その他、適宜の回路において電流検出器を用いることができる。
【0098】
［実施形態２］
実施形態２に係る電流検出器（図示せず）及びパワーモジュールにおいては、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と構成を有するが、高抵抗基体として、ガラス基体を用いる点で実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なる。
実施形態２に係る電流検出器（図示せず）及びパワーモジュールにおいては、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と構成を有するが、高抵抗基体として、ガラス基体を用いる点で実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なる。
【0099】
実施形態２に係る電流検出器及びパワーモジュールにおいては、高抵抗基体のうち少なくとも主電流導通部とコイルとの間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０１９Ωｃｍの範囲内にある。なお、高抵抗基体のうち主電流導通部とコイルとの間の領域の比抵抗が１×１０１９Ωｃｍ以下としたのは、当該比抵抗が１×１０１９Ωｃｍを超える場合にはガラス基体が帯電しやすくなり、帯電することによる不具合を起こすおそれがあるからである。
【0100】
このように、実施形態２に係る電流検出器及びパワーモジュールは、高抵抗基体として、ガラス基体を用いる点で実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なるが、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合と同様に、高抵抗基体と、高抵抗基体を貫通するように検出対象となる電流が流れる主電流導通部と、高抵抗基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備えるため、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる。
【0101】
また、実施形態２に係る電流検出器及びパワーモジュールによれば、高抵抗基体は、ガラス基体であるため、ノイズフィルタとして使用できる高抵抗の基体であり、かつ、技術ノウハウが蓄積されつつあるガラス基体に対するＭＥＭＳ加工技術を用いることができる。
【0102】
なお、実施形態２に係る電流検出器及びパワーモジュールは、高抵抗基体として、ガラス基体を用いる点以外の点においては実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と同様の構成を有するため、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１が有する効果のうち該当する効果を有する。
【0103】
［実施形態３］
実施形態３に係る電流検出器１０１及びパワーモジュールにおいては、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と構成を有するが、戻し線の構成が実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なる。すなわち、実施形態３に係る電流検出器１０１においては、戻し線１４０ａは、平面的に見て、コイル１３０ａで囲まれている領域の内側に配置されている(図１１(ａ)参照。)。
実施形態３に係る電流検出器１０１及びパワーモジュールにおいては、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と構成を有するが、戻し線の構成が実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なる。すなわち、実施形態３に係る電流検出器１０１においては、戻し線１４０ａは、平面的に見て、コイル１３０ａで囲まれている領域の内側に配置されている(図１１(ａ)参照。)。
【0104】
すなわち、外部端子Ｔ１から高抵抗基体１１０（主電流導通部１２０）を囲むようにコイル１３０がほぼ一周し、そこから、折り返してコイル１３０の内側をほぼ一周して外部端子Ｔ２と接続されている(図１１(ｂ)参照。)。
【0105】
このように、実施形態３に係る電流検出器１０１及びパワーモジュールは、戻し線の構成が実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なるが、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合と同様に、高抵抗基体と、高抵抗基体を貫通するように検出対象となる電流が流れる主電流導通部と、高抵抗基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備えるため、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる。
【0106】
また、実施形態３に係る電流検出器１０１及びパワーモジュールによれば、戻し線１４０ａは、平面的に見て、コイル１３０ａで囲まれている領域の内側に配置されているため、接地面積が比較的狭くて済む。
【0107】
なお、実施形態３に係る電流検出器１０１及びパワーモジュールは、戻し線の構成以外の点においては実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と同様の構成を有するため、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１が有する効果のうち該当する効果を有する。
【0108】
［実施形態４］
実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールにおいては、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と構成を有するが、戻し線の構成が実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なる。実施形態４に係る電流検出器１０２において、戻し線１４０ｂは、平面的に見て、コイル１３０ｂで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されている(図１２（ａ）参照。)。
実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールにおいては、基本的には実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と構成を有するが、戻し線の構成が実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なる。実施形態４に係る電流検出器１０２において、戻し線１４０ｂは、平面的に見て、コイル１３０ｂで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されている(図１２（ａ）参照。)。
【0109】
実施形態４に係る電流検出器１０２において、戻し線１４０ｂは、外部端子Ｔ１からほぼ一周したコイル１３０ｂの端部と接続されており、そこから折り返して、コイル１３０ｂで囲まれている領域の内側に配置される。そして、コーナーごとにコイル１３０ｂで囲まれている領域の内側から外側、又は外側から内側に横断して、主電流導通部１２０の周囲をほぼ一周し、外部端子Ｔ２と接続される。
【0110】
実施形態４に係る電流検出器１０２においては、平面的に見て、戻し線１４０ｂがコイル１３０ｂで囲まれている領域（図１２（ａ）の電流検出器１０２の上側の領域及び下側の領域）の内側に配置されている部分における戻し線１４０ｂとコイル１３０ｂとの間の領域（図１２（ｂ）における領域Ａ参照。）の面積は、平面的に見て、戻し線１４０ｂがコイル１３０ｂで囲まれている領域の外側に配置されている部分（図１２（ａ）の電流検出器１０２の左側の領域及び右側の領域）における戻し線１４０ｂとコイル１３０ｂとの間の領域（図１２（ｂ）における領域Ｂ参照。）の面積と等しくなる。
【0111】
このように、実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールは、戻し線の構成が実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合とは異なるが、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１の場合と同様に、高抵抗基体と、高抵抗基体を貫通するように検出対象となる電流が流れる主電流導通部と、高抵抗基体に形成され、主電流導通部と離間した位置で主電流導通部を取り囲む位置に配置されたコイルを有するコイル部とを備えるため、小型でありながら、主電流導通部に流れる電流を高い精度で測定することができる。
【0112】
また、実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールによれば、戻し線１４０ｂは、平面的に見て、コイル１３０ｂで囲まれている領域の内側と外側とを横断するように配置されているため、コイル１３０ｂで囲まれた領域を貫く磁束によって生じる誘導電流と、戻し線１４０ｂで囲まれた面積を貫く磁束によって生じる誘導電流とが打ち消しあうため、主電流導通部１２０に導通する電流を正確に検出することができる。
【0113】
また、実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールによれば、平面的に見て、戻し線１４０ｂがコイル１３０ｂで囲まれている領域の内側に配置されている部分における戻し線１４０ｂとコイル１３０ｂとの間の領域の面積は、平面的に見て、戻し線１４０ｂがコイル１３０ｂで囲まれている領域の外側に配置されている部分における戻し線１４０ｂとコイル１３０ｂとの間の領域の面積と等しいため、コイル１３０ｂで囲まれた領域を貫く磁束によって生じる誘導電流と、戻し線１４０ｂで囲まれた面積を貫く磁束によって生じる誘導電流とをより均等に打ち消しあうため、主電流導通部に導通する電流をより正確に検出することができる。
【0114】
なお、実施形態４に係る電流検出器１０２及びパワーモジュールは、戻し線の構成以外の点においては実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１と同様の構成を有するため、実施形態１に係る電流検出器１００及びパワーモジュール１が有する効果のうち該当する効果を有する。
【0115】
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【0116】
（１）上記各実施形態において記載した構成要素の数、形状、位置、大きさ等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。
【0117】
（２）上記各実施形態においては、一周巻いたら先に進み次の一周を巻くことを繰り返してコイル１３０を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。コイル１３０が、半周巻いたら先に進み次の半周を巻くことを繰り返してコイルを形成してもよいし、そのほかの周期で巻いてコイル１３０を形成してもよい。
【0118】
（３）上記実施形態１，３及び４において、高抵抗基体は、ＦＺ法で形成されたシリコン基体であるが、本発明はこれに限定されるものではない。高抵抗基体は、ＭＣＺ法で形成されたシリコン基体であってもよいし、比抵抗が１００Ωｃｍ～２２００００Ωｃｍの範囲内にある、その他の方法で形成されたシリコン基体であってもよい。なお、シリコン基体において、比抵抗の上限を２２００００Ωｃｍとしたのは、物性的にこれ以上の比抵抗を有するシリコン基体を製造することが困難だからである。
【0119】
（４）上記実施形態１，３及び４において、高抵抗基体をシリコン基体としたが、本発明はこれに限定されるものではない。高抵抗基体をＳｉＣ基体としてもよい。この場合には、高抵抗基体のうち少なくとも主電流導通部とコイル部との間の領域の比抵抗が１００Ωｃｍ～１×１０７Ωｃｍの範囲内にある必要がある。高抵抗がＳｉＣ基体である場合にはバンドギャップが広く比抵抗が高い基体としやすいだけでなく、近年、ＳｉＣ基体に対するＭＥＭＳ加工技術も進んできており、加工しやすい。
また、ＧａＮ基体、サファイア基体等のシリコン基体やＳｉＣ基体以外の半導体基体であってもよい。
また、ＧａＮ基体、サファイア基体等のシリコン基体やＳｉＣ基体以外の半導体基体であってもよい。
【0120】
（５）上記各実施形態において、矩形の半導体基体を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。多角形の半導体基体や円形の半導体基体を用いてもよい。
【符号の説明】
【0121】
１，９００…パワーモジュール、１００，１００ａ、１０１，１０２，８００…電流検出器、１１０…高抵抗基体、１１２…本体部、１１４，１１４ａ、１１４ｂ…酸化膜、１２０，８２０…主電流導通部、１２１，１２２，１３１，１３２…導体膜、１２３，１２４，１３３，１３４…ビア、１３０、１３０ａ、１３０ｂ，８３０…コイル、１４０，１４０ａ、１４０ｂ…戻し線、１５０…コイル部、１６０…積分器、２００，２００ａ，２００ｂ…スイッチング素子、３００…制御部、４００…クリップリード(接続子）、５００…基板、Ｅ１，Ｅ２…接地線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】